Procédé de traitement, comportant une étape de durcissage, de la surface d'une pièce en acire inoxydable austénitique à l'exception d'une pièce d'horlogerie,
et pièce obtenue par la mise en oeuvre de ce procédé
La présente invention a pour objet un procédé de traitement, comportant une étape de durcissage, de la surface d'une pièce en acier inoxydable austénitique à l'exception d'une pièce d'horloge rie.
L'invention a également pour objet la pièce obtenue par la mise en oeuvre de ce procédé.
II est d'usage d'utiliser des aciers martensitiques pour la fabrication de pièces à surface dure. Ce genre d'acier est en effet peu oxydable, présente une belle allure et se prête aisément à la trempe. Ces qualités le font donc généralement préférer, pour cegenre d'utilisation, aux aciers austénitiques.
Toutefois les aciers martensitiques sont magnétiques, chers, et d'un usinage ainsi que d'un matriçage à chaud peu aisés.
Si les aciers austénitiques, également inoxydables, offrent par rapport aux aciers martensitiques l'avantage d'être meilleur marché et non magnétiques, ils présentent l'inconvénient d'être relativement mous et de ne pas se prêter à la trempe, de sorte qu'ils sont sujets à s'user ou à se rayer.
Un certain nombre de solutions ont été proposées pour assurer le durcissement de telle surfaces. Ces solutions doivent concilier des exigences qui sont le plus souvent contradictoires.
La surface doit être inoxydable, très dure, sans être magnétique, tout en présentant une grande stabilité de coloration.
On a par exemple proposé d'utiliser un acier inoxydable austénitique qui, comme on l'a vu, est mou (sa dureté moyenne est d'environ 50 unités de l'échelle de Vickers) et de durcir la surface des pièces par nitruration.
Une telle nitruration peut s'obtenir soit par un traitement d'activation, réalisé par un bain de sel de nitruration, soit par un traitement de passivation effectué sous atmosphère contrôlée nitrurante, obtenue par dissociation de l'ammoniac.
On a proposé, dans l'application de tels traitements et préalablement à la nitruration, de traiter des aciers austénitiques inoxydables par un agent réducteur effectuant une dépassivation de leur surface.
Dans le cas du traitement à l'ammoniac, on a également proposé d'effectuer la nitruration en deux étapes, une première réali sée entre 500 et 510 C et une deuxième entre 550 et 5600 C.
On a par ailleurs eu l'idée de réaliser des pièces en métal fritté.
Cette méthode est toutefois d'un prix de revient très élevé.
Une autre solution consiste à durcir la surface des pièces, réalisées en acier austénitique, par un traitement selon lequel on commence par sabler la partie de la surface à traiter, chauffe très rapidement la pièce sous une température de l'ordre de 10500 C, répand sur ladite surface, maintenue à cette température, un composé pulvérulent, formé dans une proportion de 85 % environ de carbure de tungstène, lequel pénètre par diffusion dans l'épaisseur superficielle de cette surface, puis refroidit brutalement la pièce et la termine enfin par meulage et polissage. Ce procédé requiert cependant un dépôt de matière et conduit à une mise en oeuvre relativement délicate.
On a également proposé de réaliser des pièces en acier austénitique dont la surface est durcie sans qu'il soit nécessaire de recourir à un dépôt de matière.
Le procédé suivant l'invention est caractérisé par le fait que, lors de l'étape de durcissage, dans une première phase, d'activation, on chauffe la pièce préalablement formée dans cet acier, à une température comprise entre 350 et 7000 C dans un bain de sel à base de cyanure de sodium légèrement carburant et fortement nitrurant, et, dans une seconde phase, de passivation, destinée à fixer l'état de la surface de la pièce, on réchauffe celle-ci à une température comprise entre 400 et 6000 C en atmosphère contrôlée, nitrurante, pendant plusieurs dizaines d'heures au total, laisse la pièce se refroidir à la température ambiante, et polit alors sa surface,
pour permettre de lui faire subir d'éventuels traite- ments de finition
La présente invention a également pour objet une pièce dont la surface est durcie par mise en oeuvre de ce procédé.
A titre d'exemple, une mise en oeuvre du procédé objet de l'invention va maintenant être décrite en détail:
La pièce à traiter est tout d'abord usinée ou formée dans un acier austénitique inoxydable.
Le procédé comprend deux phases, une première phase d'activation destinée à assurer une grande dureté à la surface de la pièce traitée et une seconde phase de passivation permettant de conserver indéfiniment à la surface de la pièce traitée son aspect, en particulier de rendre cette surface inoxydable.
Dans cette première phase d'activation, la pièce est progressivement chauffée dans un bain de sel présentant des qualités légèrement carburantes mais très fortement nitrurantes, ce bain de sel étant à base de cyanure de sodium. Ce bain est chauffé à une température qui est comprise entre 350 et 700 C. Une température de 570 C est particulièrement propice.
La pièce est ensuite plongée dans un bain de sel présentant des qualités légèrement carburante mais très fortement nitrurantes. ce bain de sel étant à base de cyanure de sodium.
Dans la seconde phase du procédé, dite de passivation. la pièce est tout d'abord réchauffée à une température comprise entre 400 et 600 C par une atmosphère contrôlée, nitrurante, qui est obtenue par dissociation de l'ammoniac. Ce réchauffement est progressif et demande une durée assez longue, par exemple plusieurs dizaines d'heures. La pièce est ensuite laissée à la température ambiante à laquelle elle se refroidit progressivement. Un deuxième cycle de passivation est alors entamé, tout d'abord par réchauffement progressif de la pièce à une température comprise entre 400 et600 C dans une atmosphère contrôlée identique à la précédente. nitrurante et obtenue par dissociation de l'ammoniac.
La durée de ce réchauffement dure assez longtemps, par exemple plusieurs dizaines d'heures. à la suite de quoi la pièce est finalement abandonnée à la température ambiante qu'elle atteint progressivement. La surface de la pièce est ensuite polie de façon habituelle et l'on peut la terminer par certains traitements de finition.
La pièce ainsi traitée présente une surface particulièrement dure. résistant aux rayures, d'un éclat que ne peut altérer aucune oxydation.
Il y a cependant lieu de noter que la dureté de cette surface doit être interprétée comme une résistance à l'usure, au frottement, et aux rayures. et non aux chocs trop violents. lesquels pourraient détériorer la pièce en décollant la couche superficielle traitée. La pièce ainsi obtenue est en outre amagnétique et offre de grandes possibilités d'utilisation.
Bien que les surfaces des pièces traitées comme indiqué ci-dessus soient inoxydables et présentent une dureté suffisante dans la plupart des cas, il est possible d'augmenter encore cette dureté et la résistance à la corrosion due à certains agents par un traitement consistant à revêtir l'acier durci d'un métal ou d'un alliage métallique.
Ce revêtement additionnel peut être réalisé par dépôt galvanique ou par dépôt électrostatique sous vide, par exemple.
Pour un accroissement de la dureté, la couche déposée sera de quelques microns et pourra être faite de chrome dur ou d'un alliage au chrome tel que du chrome-vanadium ou du chrometungstène.
Dans certains cas, s'il n'est pas nécessaire d'augmenter la dureté mais seulement la résistance à certains agents corrosifs auxquels la pièce terminée est exposée. la couche déposée pourra être très mince. de I micron par exemple, et être faite de zinc ou même de plomb.
Treatment process, comprising a hardening step, of the surface of an austenitic stainless steel part with the exception of a timepiece,
and part obtained by the implementation of this method
The present invention relates to a method of treatment, comprising a hardening step, of the surface of an austenitic stainless steel part with the exception of a rie clock part.
Another subject of the invention is the part obtained by implementing this method.
It is customary to use martensitic steels for the manufacture of parts with a hard surface. This type of steel is in fact not very oxidizing, has a good appearance and is easily suitable for hardening. These qualities therefore make it generally preferred, for this type of use, to austenitic steels.
However, martensitic steels are magnetic, expensive, and not very easy to machine as well as hot forging.
If austenitic steels, which are also stainless, offer the advantage over martensitic steels of being cheaper and non-magnetic, they have the drawback of being relatively soft and not suitable for quenching, so that they are prone to wear or scratch.
A number of solutions have been proposed to ensure the hardening of such surfaces. These solutions must reconcile requirements which are most often contradictory.
The surface must be stainless, very hard, without being magnetic, while exhibiting great stability of coloration.
It has for example been proposed to use an austenitic stainless steel which, as we have seen, is soft (its average hardness is about 50 units of the Vickers scale) and to harden the surface of the parts by nitriding.
Such nitriding can be obtained either by an activation treatment, carried out by a bath of nitriding salt, or by a passivation treatment carried out under a controlled nitriding atmosphere, obtained by dissociation of the ammonia.
It has been proposed, in the application of such treatments and prior to nitriding, to treat austenitic stainless steels with a reducing agent effecting depassivation of their surface.
In the case of the ammonia treatment, it has also been proposed to carry out the nitriding in two stages, a first carried out between 500 and 510 C and a second between 550 and 5600 C.
We also had the idea of making sintered metal parts.
However, this method has a very high cost price.
Another solution consists in hardening the surface of the parts, made of austenitic steel, by a treatment according to which one begins by sandblasting the part of the surface to be treated, very quickly heats the part under a temperature of the order of 10500 C, spreads on said surface, maintained at this temperature, a pulverulent compound, formed in a proportion of approximately 85% of tungsten carbide, which penetrates by diffusion into the surface thickness of this surface, then suddenly cools the part and finally finishes it by grinding and polishing. However, this process requires material to be deposited and results in relatively delicate implementation.
It has also been proposed to produce parts from austenitic steel, the surface of which is hardened without it being necessary to resort to a deposit of material.
The method according to the invention is characterized by the fact that, during the hardening step, in a first phase, of activation, the part previously formed in this steel is heated to a temperature of between 350 and 7000 C in a salt bath based on slightly combustible and highly nitriding sodium cyanide, and, in a second phase, passivation, intended to fix the state of the surface of the part, it is heated to a temperature between 400 and 6000 C in a controlled atmosphere, nitriding, for several tens of hours in total, lets the part cool to room temperature, and then polishes its surface,
to allow it to undergo any finishing treatments
The present invention also relates to a part, the surface of which is hardened by implementing this method.
By way of example, an implementation of the method which is the subject of the invention will now be described in detail:
The workpiece is first machined or formed from austenitic stainless steel.
The process comprises two phases, a first activation phase intended to ensure great hardness on the surface of the treated part and a second passivation phase making it possible to keep its appearance indefinitely on the surface of the treated part, in particular to make this part. stainless surface.
In this first activation phase, the part is gradually heated in a salt bath exhibiting slightly carburizing but very strongly nitriding qualities, this salt bath being based on sodium cyanide. This bath is heated to a temperature which is between 350 and 700 C. A temperature of 570 C is particularly suitable.
The part is then immersed in a salt bath having slightly fuel but very strongly nitriding qualities. this salt bath being based on sodium cyanide.
In the second phase of the process, called passivation. the part is first of all heated to a temperature between 400 and 600 C by a controlled atmosphere, nitriding, which is obtained by dissociation of ammonia. This warming up is gradual and requires a fairly long duration, for example several tens of hours. The part is then left at room temperature to which it gradually cools. A second passivation cycle is then initiated, first of all by gradually heating the part to a temperature between 400 and 600 ° C. in a controlled atmosphere identical to the previous one. nitriding and obtained by dissociation of ammonia.
The duration of this warming lasts quite a long time, for example several tens of hours. as a result of which the part is finally left to the ambient temperature which it gradually reaches. The surface of the part is then polished in the usual way and it can be finished with certain finishing treatments.
The part thus treated has a particularly hard surface. scratch resistant, with a luster that cannot be altered by oxidation.
However, it should be noted that the hardness of this surface should be interpreted as resistance to wear, friction, and scratching. and not to too violent shocks. which could damage the part by peeling off the treated surface layer. The part thus obtained is also non-magnetic and offers great possibilities of use.
Although the surfaces of the parts treated as indicated above are stainless and have sufficient hardness in most cases, it is possible to further increase this hardness and the resistance to corrosion due to certain agents by a treatment consisting of coating. the hardened steel of a metal or metal alloy.
This additional coating can be produced by galvanic deposition or by electrostatic vacuum deposition, for example.
For an increase in hardness, the deposited layer will be a few microns and may be made of hard chromium or of a chromium alloy such as chromium-vanadium or chrometungsten.
In some cases, if it is not necessary to increase the hardness but only the resistance to certain corrosive agents to which the finished part is exposed. the deposited layer may be very thin. of 1 micron for example, and be made of zinc or even lead.